6.1:
Fundamentos de la Energía
6.1:
Fundamentos de la Energía
Las reacciones químicas, como las que ocurren cuando se enciende un fósforo, implican cambios en la energía así como en la materia.
Los cambios químicos y los cambios en la energía que los acompañan son parte importante de la vida cotidiana. Los macronutrientes en los alimentos experimentan reacciones metabólicas que proporcionan la energía para mantener el funcionamiento del cuerpo. Una variedad de combustibles (gasolina, gas natural, carbón) es quemada para producir energía para el transporte, la calefacción y la generación de electricidad. Las reacciones químicas industriales utilizan cantidades enormes de energía para producir materias primas (como el hierro y el aluminio). La energía se utiliza entonces para fabricar esas materias primas en productos útiles, tales como autos, rascacielos, y puentes.
Más del 90% de la energía utilizada por los humanos proviene originalmente del sol. Cada día, el sol proporciona a la tierra casi 10.000 veces la cantidad de energía necesaria para satisfacer todas las necesidades energéticas del mundo para ese día. El desafío sigue siendo encontrar maneras de convertir y almacenar la energía solar entrante para que pueda ser utilizada en reacciones o procesos químicos que sean convenientes y no contaminantes. Las plantas y muchas bacterias capturan la energía solar a través de la fotosíntesis. Los humanos liberan la energía almacenada en las plantas al quemar madera, carbón, petróleo u otros productos vegetales como el etanol. También utilizan esta energía para alimentar sus cuerpos comiendo alimentos que vienen directamente de las plantas.
Termoquímica
La idea básica de un área importante de la ciencia que se ocupa de la cantidad de calor absorbido o liberado durante los cambios químicos y físicos se llama termoquímica. Los conceptos se utilizan ampliamente en casi todos los campos científicos y técnicos. Los científicos de alimentos utilizan la termoquímica para determinar el contenido energético de los alimentos. Los biólogos estudian la energía de los organismos vivos, como la combustión metabólica del azúcar en dióxido de carbono y agua. Las industrias del petróleo, el gas y el transporte, los proveedores de energía renovable y muchos otros se esfuerzan por encontrar mejores métodos para producir energía que supla las necesidades comerciales y personales. Los ingenieros se esfuerzan por mejorar la eficiencia energética, encontrar mejores maneras de calentar y enfriar hogares, refrigerar alimentos y bebidas, y satisfacer las necesidades de energía y refrigeración de computadoras y electrónica, entre otras aplicaciones. Entender los principios termoquímicos es esencial para los químicos, físicos, biólogos, geólogos, todo tipo de ingeniero, y casi cualquier persona que estudia o practica cualquier clase de ciencia.
Energía
La energía puede definirse como la capacidad de suministrar calor o hacer trabajo. Un tipo de trabajo (w) es el proceso de hacer que la materia se mueva contra una fuerza contraria. Por ejemplo, al inflar un neumático de bicicleta, la materia se mueve (el aire en la bomba) contra la fuerza opuesta del aire que ya está en el neumático.
Al igual que la materia, la energía viene en diferentes tipos. Un esquema clasifica la energía en dos tipos: Energía potencial, la energía que tiene un objeto debido a su posición, composición o condición relativa; y energía cinética, la energía que posee un objeto debido a su movimiento.
El agua en la parte superior de una cascada o presa tiene energía potencial debido a su posición; cuando fluye hacia abajo a través de generadores, tiene energía cinética que puede ser utilizada para hacer trabajo y producir electricidad en una planta hidroeléctrica. Una batería tiene energía potencial porque los productos químicos que contiene pueden producir electricidad capaz de hacer trabajo.
Este texto ha sido adaptado de OpenStax, Química 2e, Sección 5.1: Fundamentos de la Energía.